Nordic Seas Eddy Exchanges

I NORSEE-prosjektet studerer vi oseanografiske prosesser relevante for de nordiske hav. I de nordiske hav foregår vannmasse-transformasjoner som påvirker den globale havsirkulasjonen. Vannmassetransformasjon involverer komplekse prosesser hvor varmt vann nært kysten blandes med kaldere vann fra bassengene utenfor ved hjelp av energetiske virvler som dannes langs den norske atlanterhavsstrømmen. Virvlene blander også biologisk materiale som fytoplankton og fiskelarver, og de skaper også strømmer som kan være en utfordring for offshore-operasjoner. I NORSEE har vi jobbet med flere prosjekter som alle er relatert til virvelprosesser. For flere år siden utførte vi et felteksperiment med 150 flytende overflatebøyer. Disse bøyene, som blir fulgt av satelliter, viste at atlantiske vann beveger seg gjennom de nordiske hav via komplekse transportveier. Men å tyde slike observasjoner byr på mange utfordringer. Så for å forbedre selve analysemetodene studerte vi i prosjektet også bøye-observasjoner fra andre deler av verdenshavene sammen med forskere fra andre land. Vi studerte dispersjon av bøyer i Mexicogulfen i GLAD-eksperimentet, det største bøye-eksperimentet på verdensbasis noen gang. Resultatene var like de vi tidligere hadde funnet i de nordiske hav med unntak av at bøyene nå, med mer presis posisjonering, viste energetisk høyfrekvent bevegelse. Disse høyfrekvente bevegelsene påvirker også spredning. Med andre kolleger studerte vi så bøyespredning i sørishavet, ved 1 km dyp. Disse ble satt ut som del av et prosjekt finansiert av National Science Foundation i USA. Bøyebevegelsene gav store mengder informasjon om transport og blanding langs den antarktiske sirkumpolare strømmen (ACC), prosesser vi også finner igjen langs den norske atlanterhavsstrøm i de nordiske hav. Et viktig spørsmål i analyse av observasjoner fra overflatebøyer er i hvilken grad disse også reflekterer strømmer dypere ned i vannet. Spørsmålet er også relevant for satellitobservasjoner som bare kan måle overflatestrømmer. Vi utviklet metoder for å projisere overflatestrømmer ned i dypet og testet disse mot feltene fra avanserte numeriske havmodeller. Metodene gir gode estimat av strømmer helt ned til 1 km. Dette kan potensielt forbedre estimater av transport i havet. I et oppfølgingsstudium analyserte vi strømmålerdata fra alle deler av verdenshavene. Resultatene viste at tradisjonelle teorier rundt vertikalfordelinger av havstrømmer og virvler må modifiseres. Vi undersøkte disse forholdene i en teoretisk artikkel som tok for seg hvordan strømmenes vertikalstruktur påvirkes av bunntopografien. Resultatet kan faktisk bety at store deler av vårt teoretiske fundament rundt havsirkulasjon må revideres. Dette arbeidet har vi nå påbegynt. I NORSEE har vi også studert den virkelig storskala 'omveltningssirkulasjonen' i havene, spesielt hvordan overflateoppvarming og -avkjøling driver sirkulasjonen. Temperaturgradienten mellom ekvator og polene driver havstrømmer fra vest til øst. Disse bøyer så av nordover og sørover når de treffer et østlig kontinent. I Nord-Atlanteren fører dette til en nordgående strøm gjennom de nordiske hav hvor vannet så avkjøles?som vist i observasjonene. Vi gjorde simuleringer med en global numerisk havmodell kun drevet av oppvarming og avkjøling. Modellens omveltrningssirkulasjon var samsvar med hva man ser i andre modeller og i observasjoner. Resultatene hjelper oss å forstå bedre hvordan gloal oppvarming (som er sterkere i Arktis enn ellers) påvirker denne omveltningssirkulasjonen. Vi har også sett spesifikt på havsirkulasjonen og virveldynamikk i de nordiske hav. Vi brukte en høyoppløslig numerisk havmodell til å studere hvordan atlantisk vann resirkulerer i Framstredet og dermed strømmer sørover igjen uten å ta runden gjennom Arktis. Vi fant bl.a. at mesteparten av det atlantiske vannet resirkulerer lengere nord enn tidligere antatt og at virvler er sentrale elementer i denne resirkuleringen. Virvler er også viktige i Lofotenbassenget hvor mye av vannmassetransformasjonen i de nordiske hav foregår. Vi studerte hvordan den bratte kontinentalskråningen langs norskekysten påvirker spredningen av atlanterhavsvann ut fra kysten. I strid med intuisjonen fant vi at den bratteste delen av kystlinjen er hvor flest virvler blir dannet. I et relatert studie så vi på en semi-permanent virvel i midten av Lofotenbassenget. Vi studerte stabiliteten av virvelen og fant at den er relativt stabil, noe som forklarer hvorfor den ser ut for å 'leve' så lenge. Til sist har vi også studert, med numerisk modellering, hvordan virveldynamikk påvirker transport-tider av materiale (med en radioaktiv isotop som eksempel) gjennom hele de nordiske hav.

The exchange of heat between the Nordic Seas and the atmosphere is an important and complex aspect of the oceanic thermohaline circulation and the climate system. The exchange is mediated by small scale eddies, which mix the warm waters from the North Atl antic with the cooler waters in the Nordic Seas. These eddies are poorly captured in climate models, with serious potential impacts for both the atmospheric circulation and the Arctic sea ice cover. The proposed work seeks to characterise these eddy proce sses, to define a benchmark by which models can be assessed so as to ultimately improve how the processes are represented in the models.